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Für die Anmeldung wird die Priorität der am 13. August 2014 eingereichten
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2014-0105268 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Die Erfindung betrifft ein Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges, und insbesondere ein Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges, das der Wechsel in einen ENG(Verbrennungsmotor)-Modus durch Bereitstellen eines ausreichenden Leistungsvermögens beim Volllast(WOT)-Starten unterdrücken kann und die Leistung eines Verbrennungsmotors beim Wechsel in einen ersten HEV(Hybrid-Elektrofahrzeug)-Modus und einen dritten HEV-Modus maximal nutzen kann.
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Eine umweltfreundliche Technologie eines Fahrzeuges ist eine Kerntechnologie, die den Fortbestand der zukünftigen Fahrzeugindustrie beeinflusst, und fortgeschrittene Fahrzeughersteller richten ihre gesamte Anstrengung auf die Entwicklung umweltfreundlicher Fahrzeuge, um die Umwelt- und Kraftstoffeffizienzbestimmungen zu erfüllen.
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Infolgedessen haben die Fahrzeughersteller ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug (FCEV) und dergleichen als eine zukünftige Fahrzeugtechnologie entwickelt.
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Da das zukünftige Fahrzeug verschiedene technologische Beschränkungen, wie Gewicht und Kosten, hat, richteten die Fahrzeughersteller ihr Augenmerk auf das Hybrid-Elektrofahrzeug als eine mögliche realistische Aufgabe zur Erfüllung der Abgasbestimmungen und Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und traten in einen heftigen Wettbewerb zur Kommerzialisierung des Hybrid-Elektrofahrzeuges.
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Das Hybrid-Elektrofahrzeug ist ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen verwendet, die durch verschiedene Systeme kombiniert werden können. Als Antriebsquellen werden ein Benzinmotor oder ein Dieselmotor, der vorhandenen fossilen Brennstoff verwendet, und ein Motor/Generator, der durch elektrische Energie angetrieben wird, miteinander kombiniert und verwendet.
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Bei dem Hybrid-Elektrofahrzeug können ein EV-Modus, in dem das Hybrid-Elektrofahrzeug nur durch den Motor angetrieben wird, ein HEV-Modus, der sowohl den Verbrennungsmotor als auch den Motor nutzt, und ein ENG-Modus, der nur den Verbrennungsmotor nutzt, entsprechend der Kombination des Verbrennungsmotors und des Motors realisiert werden.
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Ferner kann das Hybrid-Elektrofahrzeug im Vergleich zu dem vorhandenen Fahrzeug durch Leerlauf-Stopp mit Stoppen des Verbrennungsmotors, wenn das Fahrzeug stoppt, regeneratives Bremsen, das einen Generator mittels kinetischer Energie des Fahrzeuges antreibt, die beim Antreiben des Generators erzeugte elektrische Energie in einer Batterie speichert und die gespeicherte elektrische Energie beim Fahren des Fahrzeuges wiederverwendet, anstelle des Bremsens durch die vorhandene Reibung, wenn das Fahrzeug abgebremst wird, und dergleichen den Effekt einer bedeutenden Verbesserung der Kraftstoffeffizienz erlangen.
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Ein Leistungsübertragungssystem des Hybrid-Elektrofahrzeuges ist in einen Einmodustyp und einen Mehrmodustyp unterteilt.
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Der Einmodustyp hat den Vorteil, dass keine Drehmomentübertragungsmechanismen, wie eine Kupplung und eine Bremse, zur Getriebesteuerung erforderlich sind, jedoch hat es den Nachteil, dass, wenn das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fährt, die Effizienz verschlechtert wird, so dass die Kraftstoffeffizienz gering ist, und eine zusätzliche Drehmomenterhöhungsvorrichtung ist erforderlich, um der Einmodustyp bei großen Fahrzeugen anzuwenden.
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Der Mehrmodustyp hat den Vorteil, dass, wenn das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fährt, die Effizienz hoch ist und das Drehmoment erhöht werden kann, so dass der Mehrmodustyp bei großen und mittelgroßen Fahrzeugen angewendet werden kann.
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Infolgedessen wurde in den letzten Jahren hauptsächlich der Mehrmodustyp anstatt des Einmodustyps angewendet, und die resultierende Forschung wurde aktiv fortgeführt.
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Das Leistungsübertragungssystem des Mehrmodustyps ist derart konfiguriert, dass es eine Mehrzahl von Planetengetriebesätzen, eine Mehrzahl von Motor/Generatoren, die als Motor und Generator verwendet werden, eine Mehrzahl von Drehmomentübertragungsmechanismen (Reibelementen), die geeignet sind, Drehelemente der Planetengetriebesätze zu steuern, eine Batterie, die als Antriebsquelle des Motor/Generators verwendet wird, und dergleichen aufweist.
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Das Leistungsübertragungssystem des Mehrmodustyps hat verschiedene Betriebsmechanismen entsprechend den Verbindungskonfigurationen der Planetengetriebesätze, der Motor/Generatoren und der Drehmomentübertragungsmechanismen.
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Außerdem wurden, da das Leistungsübertragungssystem des Mehrmodustyps die Eigenschaft hat, dass Haltbarkeit, Leistungsübertragungseffizienz, Größe und dergleichen entsprechend den Verbindungskonfigurationen variieren, die Forschung und Entwicklung zum Realisieren eines Leistungsübertragungssystems, das stärker ist, keinen Leistungsverlust hat und kompakt ist, auf dem Gebiet von Leistungsübertragungssystemen eines Hybrid-Elektrofahrzeuges fortgeführt.
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Mit der Erfindung wird ein Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeug geschaffen, das der Wechsel in einen ENG-Modus durch Bereitstellen eines ausreichenden Leistungsvermögens beim Volllast(WOT)-Starten unterdrücken kann und die Leistung eines Verbrennungsmotors beim Wechsel in einen ersten HEV-Modus und einen dritten HEV-Modus maximal nutzen kann.
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Ferner wird mit der Erfindung ein Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges geschaffen, das eine elektrische Belastung durch Erhöhen der Belastung eines mechanischen Leistungsübertragungspfades verringert, damit eine große Verbrennungsmotorleistung genutzt werden kann, einen ENG-Modus beim Starten ersetzt, um die Anzahl von Moduswechseln zu verringern, und eine Änderung der Drehzahl aller Drehelemente beim Moduswechsel minimiert.
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Darüber hinaus wird mit der Erfindung ein Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges geschaffen, das einen ENG-Modus bereitstellen kann, in dem das Fahrzeug ohne elektrische Belastung eines Motor/Generators angetrieben werden kann, um die Kraftstoffeffizienz bei Hochgeschwindigkeitsfahrt zu verbessern.
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Nach einem Aspekt der Erfindung weist ein Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges auf: eine Antriebswelle, an welche eine Leistung eines Verbrennungsmotors eingegeben wird, eine Abtriebswelle, welche die übertragene Drehleistung über ein Abtriebsrad abgibt, einen ersten Planetengetriebesatz, der drei Drehelemente, die von einem ersten Sonnenrad, einem ersten Planetenradträger und einem ersten Hohlrad gebildet werden, aufweist und an der Antriebswelle angeordnet ist, einen zweiten Planetengetriebesatz, der drei Drehelemente, die von einem zweiten Sonnenrad, einem zweiten Planetenradträger und einem zweiten Hohlrad gebildet werden, aufweist und an einer koaxialen Linie des ersten Planetengetriebesatzes angeordnet ist, einen dritten Planetengetriebesatz, der drei Drehelemente, die von einem dritten Sonnenrad, einem dritten Planetenradträger und einem dritten Hohlrad gebildet werden, aufweist und an einer koaxialen Linie des zweiten Planetengetriebesatzes angeordnet ist, eine erste Drehwelle, die mit einem ersten Motor/Generator direkt verbunden ist, während sie ein Drehelement unter den Drehelementen des ersten Planetengetriebesatzes und ein Drehelement unter den Drehelementen des zweiten Planetengetriebesatzes direkt miteinander verbindet, eine zweite Drehwelle, die mit der Abtriebswelle direkt verbunden ist, während sie ein Drehelement des ersten Planetengetriebesatzes mit Ausnahme des mit der ersten Drehwelle verbundenen Drehelements und ein Drehelement unter den Drehelementen des dritten Planetengetriebesatzes direkt miteinander verbindet, eine dritte Drehwelle, die ein Drehelement des ersten Planetengetriebesatzes mit Ausnahme der mit der ersten oder der zweiten Drehwelle verbundenen Drehelemente und die Antriebswelle direkt miteinander verbindet, eine vierte Drehwelle, die mit einem Drehelement des zweiten Planetengetriebesatzes mit Ausnahme des mit der ersten Drehwelle verbundenen Drehelements verbunden ist und mit einem Getriebegehäuse wahlweise verbunden ist, eine fünfte Drehwelle, die mit dem Getriebegehäuse wahlweise verbunden ist, während sie ein Drehelement des zweiten Planetengetriebesatzes mit Ausnahme der mit der ersten oder der vierten Drehwelle verbundenen Drehelemente und ein Drehelement des dritten Planetengetriebesatzes mit Ausnahme des mit der zweiten Drehwelle verbundenen Drehelements direkt miteinander verbindet, eine sechste Drehwelle, die mit einem Drehelement des dritten Planetengetriebesatzes mit Ausnahme der mit der zweiten oder der fünften Drehwelle verbundenen Drehelemente direkt verbunden ist und mit einem zweiten Motor/Generator direkt verbunden ist, und drei Reibelemente, welche die Drehwellen wahlweise miteinander verbinden oder die jeweiligen Drehwellen und das Getriebegehäuse wahlweise miteinander verbinden.
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Jeder von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Planetengetriebesatz kann ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern sein, die erste Drehwelle, die mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist, kann das erste Sonnenrad mit dem zweiten Hohlrad direkt verbinden, die zweite Drehwelle, die mit der Abtriebswelle verbunden ist, kann den ersten Planetenradträger mit dem dritten Planetenradträger direkt verbinden, die dritte Drehwelle kann das erste Hohlrad mit der Antriebswelle verbinden, die vierte Drehwelle kann mit dem zweiten Sonnenrad verbunden sein, die fünfte Drehwelle kann den zweiten Planetenradträger mit dem dritten Hohlrad direkt verbinden, und die sechste Drehwelle kann das dritte Sonnenrad mit dem zweiten Motor/Generator direkt verbinden.
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Die drei Reibelemente können eine erste Bremse, welche die fünfte Drehwelle mit dem Getriebegehäuse wahlweise verbindet, eine zweite Bremse, welche die vierte Drehwelle mit dem Getriebegehäuse wahlweise verbindet, und eine Kupplung als eine Direktkupplungsvorrichtung des dritten Planetengetriebesatzes aufweisen, welche die zweite Drehwelle mit der fünften Drehwelle wahlweise verbindet.
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Die drei Reibelemente können eine erste Bremse, welche die fünfte Drehwelle mit dem Getriebegehäuse wahlweise verbindet, eine zweite Bremse, welche die vierte Drehwelle mit dem Getriebegehäuse wahlweise verbindet, und eine Kupplung als eine Direktkupplungsvorrichtung des dritten Planetengetriebesatzes aufweisen, welche die fünfte Drehwelle mit der sechsten Drehwelle wahlweise verbindet.
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Die drei Reibelemente können eine erste Bremse, welche die fünfte Drehwelle mit dem Getriebegehäuse wahlweise verbindet, eine zweite Bremse, welche die vierte Drehwelle mit dem Getriebegehäuse wahlweise verbindet, und eine Kupplung als eine Direktkupplungsvorrichtung des dritten Planetengetriebesatzes aufweisen, welche die zweite Drehwelle mit der sechsten Drehwelle wahlweise verbindet.
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Die erste Bremse kann in einem 1. EV-Modus wirken, die Kupplung kann in einem 2. EV-Modus wirken, die erste Bremse kann in einem 1. HEV-Modus wirken, die Kupplung kann in einem 2. HEV-Modus wirken, die zweite Bremse kann in einem 3. HEV-Modus wirken, die erste und die zweite Bremse können in einem 1. ENG-Modus wirken, und die Kupplung und die zweite Bremse können in einem 2. ENG-Modus wirken.
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Der erste Planetengetriebesatz kann ein Planetengetriebesatz mit Doppelplanetenrädern sein, jeder von dem zweiten und dem dritten Planetengetriebesatz kann ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern sein, die erste Drehwelle, die mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist, kann das erste Sonnenrad mit dem zweiten Hohlrad direkt verbinden, die zweite Drehwelle, die mit der Abtriebswelle verbunden ist, kann das erste Hohlrad mit dem dritten Planetenradträger direkt verbinden, die dritte Drehwelle kann den ersten Planetenradträger mit der Antriebswelle verbinden, die vierte Drehwelle kann mit dem zweiten Sonnenrad verbunden sein, die fünfte Drehwelle kann den zweiten Planetenradträger mit dem dritten Hohlrad direkt verbinden, und die sechste Drehwelle kann das dritte Sonnenrad mit dem zweiten Motor/Generator direkt verbinden.
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Jeder von dem ersten und dem dritten Planetengetriebesatz kann ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern sein, der zweite Planetengetriebesatz kann ein Planetengetriebesatz mit Doppelplanetenrädern sein, die erste Drehwelle, die mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist, kann das erste Sonnenrad mit dem zweiten Planetenradträger direkt verbinden, die zweite Drehwelle, die mit der Abtriebswelle verbunden ist, kann den ersten Planetenradträger mit dem dritten Planetenradträger direkt verbinden, die dritte Drehwelle kann das erste Hohlrad mit der Antriebswelle verbinden, die vierte Drehwelle kann mit dem zweiten Sonnenrad verbunden sein, die fünfte Drehwelle kann das zweite Hohlrad mit dem dritten Hohlrad direkt verbinden, und die sechste Drehwelle kann das dritte Sonnenrad mit dem zweiten Motor/Generator direkt verbinden.
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Jeder von dem ersten und dem zweiten Planetengetriebesatz kann ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern sein, der dritte Planetengetriebesatz kann ein Planetengetriebesatz mit Doppelplanetenrädern sein, die erste Drehwelle, die mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist, kann das erste Sonnenrad mit dem zweiten Hohlrad direkt verbinden, die zweite Drehwelle, die mit der Abtriebswelle verbunden ist, kann den ersten Planetenradträger mit dem dritten Hohlrad direkt verbinden, die dritte Drehwelle kann das erste Hohlrad mit der Antriebswelle verbinden, die vierte Drehwelle kann mit dem zweiten Sonnenrad verbunden sein, die fünfte Drehwelle kann den zweiten Planetenradträger mit dem dritten Planetenradträger direkt verbinden, und die sechste Drehwelle kann das dritte Sonnenrad mit dem zweiten Motor/Generator direkt verbinden.
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Gemäß der Erfindung können in einer Gesamtkonfiguration zwei EV-Modi, drei HEV-Modi und zwei ENG-Modi in einer Kombination von drei Planetengetriebesätzen, drei Reibelementen und zwei Motor/Generatoren realisiert werden.
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Ferner kann die Belastung eines mechanischen Leistungsübertragungspfades durch Übertragung eines größeren Drehmoments als das Drehmoment des Verbrennungsmotors an eine Abtriebswelle erhöht werden, und die Leistung eines größeren Verbrennungsmotors kann als dieselbe Spezifikation eines ersten Motor/Generators verwendet werden.
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Da das größere Drehmoment als das Drehmoment des Verbrennungsmotors an die Abtriebswelle übertragen werden kann, wird ein hochdrehender Antrieb mit hoher Verbrennungsmotorleistung bei derselben Fahrzeuggeschwindigkeit beim WOT-Starten ermöglicht, und eine größere Beschleunigungskraft kann erreicht werden.
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Außerdem muss, da die größere Beschleunigungskraft in dem HEV-Modus als in dem ENG-Modus erreicht werden kann, der HEV-Modus beim Starten nicht in den ENG-Modus gewechselt werden, so dass ein relativ einfaches System konfiguriert werden kann und die Reibelemente in Abhängigkeit von der Modusreduzierung verringert werden können, wodurch die Effizienz weiter erhöht wird.
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Das Fahrzeug kann durch Bereitstellen des ENG-Modus bei Hochgeschwindigkeitsfahrt ohne elektrische Belastungen des ersten und des zweiten Motor/Generators angetrieben werden, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein Konfigurationsschema eines Leistungsübertragungssystems gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine Betriebstabelle von Reibelementen in jedem Modus, die bei dem Leistungsübertragungssystem gemäß der Erfindung angewendet wird;
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3 ein Konfigurationsschema eines Leistungsübertragungssystems gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
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4 ein Konfigurationsschema eines Leistungsübertragungssystems gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
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5 ein Konfigurationsschema eines Leistungsübertragungssystems gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
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6 ein Konfigurationsschema eines Leistungsübertragungssystems gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
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7 ein Konfigurationsschema eines Leistungsübertragungssystems gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren sind gleiche oder äquivalente Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Mit Bezug auf 1 weist ein Leistungsübertragungssystem gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung einen ersten, einen zweiten und einen dritten Planetengetriebesatz PG1, PG2 und PG3, einen ersten und einen zweiten Motor/Generator MG1 und MG2 und drei Reibelemente BK1, BK2 und CL auf.
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Der erste Planetengetriebesatz PG1 als ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern weist ein erstes Sonnenrad S1, ein erstes Hohlrad R1 und einen ersten Planetenradträger PC1 auf, der ein erstes Planetenrad P1 abstützt, das zwischen dem ersten Sonnenrad S1 und dem ersten Hohlrad R1 mit diesen im Außeneingriff steht.
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Der zweite Planetengetriebesatz PG2 als ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern weist ein zweites Sonnenrad S2, ein zweites Hohlrad R2 und einen zweiten Planetenradträger PC2 auf, der ein zweites Planetenrad P2 abstützt, das zwischen dem zweiten Sonnenrad S2 und dem zweiten Hohlrad R2 mit diesen im Außeneingriff steht.
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Der dritte Planetengetriebesatz PG3 als ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern weist ein drittes Sonnenrad S3, ein drittes Hohlrad R3 und einen dritten Planetenradträger PC3 auf, der ein drittes Planetenrad P3 abstützt, das zwischen dem dritten Sonnenrad S3 und dem dritten Hohlrad R3 mit diesen im Außeneingriff steht.
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Der erste, der zweite und der dritte Planetengetriebesatz PG1, PG2 und PG3 sind der Reihe nach in einer koaxialen Linie von einem Verbrennungsmotor ENG angeordnet und weisen sechs Drehwellen TM1 bis TM6 auf, während jeweilige Drehelemente miteinander verbunden sind.
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Detaillierter ist das erste Sonnenrad S1 des ersten Planetengetriebesatzes PG1 mit dem zweiten Hohlrad R2 des zweiten Planetengetriebesatzes PG2 direkt verbunden, der zweiten Planetenradträger PC2 des zweiten Planetengetriebesatzes PG2 ist mit dem dritten Hohlrad R3 des dritten Planetengetriebesatzes PG3 direkt verbunden, und der dritten Planetenradträger PC3 des dritten Planetengetriebesatzes PG3 ist mit dem ersten Planetenradträger PC1 des ersten Planetengetriebesatzes PG1 direkt verbunden.
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Die erste Drehwelle TM1 verbindet das erste Sonnenrad S1 direkt mit dem zweiten Hohlrad R2 und ist mit dem ersten Motor/Generator MG1 direkt verbunden.
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Die zweite Drehwelle TM2 verbindet den ersten Planetenradträger PC1 direkt mit dem dritten Planetenradträger PC3 und ist auch mit einer Abtriebswelle OS direkt verbunden, um kontinuierlich als ein Abtriebselement zu wirken.
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Die dritte Drehwelle TM3 verbindet das erste Hohlrad R1 direkt mit einer Antriebswelle IS, um kontinuierlich als ein Antriebselement zu wirken.
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Die vierte Drehwelle TM4 ist mit dem zweiten Sonnenrad S2 verbunden und ist mit dem Getriebegehäuse H wahlweise verbunden, um als ein Fixierungselement zu wirken.
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Die fünfte Drehwelle TM5 verbindet den zweiten Planetenradträger PC2 direkt mit dem dritten Hohlrad R3 und ist mit dem Getriebegehäuse H wahlweise verbunden, um als ein Fixierungselement zu wirken.
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Die sechste Drehwelle TM6 ist mit dem dritten Sonnenrad S3 und dem zweiten Motor/Generator MG2 direkt verbunden.
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Der erste Motor/Generator MG1 und der zweite Motor/Generator MG2 als unabhängige Antriebsquellen haben Funktionen als Motor und Generator.
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Der erste Motor/Generator MG1 arbeitet als ein Motor, der mit der ersten Drehwelle TM1 direkt verbunden ist, um eine Drehleistung zuzuführen, oder dient als ein Generator, der elektrischen Strom erzeugt, während er durch eine Drehkraft der ersten Drehwelle TM1 dreht.
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Der zweite Motor/Generator MG2 arbeitet als ein Motor, der mit der sechsten Drehwelle TM6 direkt verbunden ist, um eine Drehleistung zuzuführen, oder dient als ein Generator, der elektrischen Strom erzeugt, während er durch eine Drehkraft der sechsten Drehwelle TM1 dreht.
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Die erste und die zweite Bremse BK1 und BK2 unter den Reibelementen als die Reibelemente, die ein Drehelement (eine Drehwelle) und ein Fixierungselement (Getriebegehäuse) wahlweise miteinander verbinden, und die Kupplung CL als ein Reibelement, das ein Drehelement und ein Fixierungselement wahlweise miteinander verbindet, können hydraulische Reibelemente des Mehrscheibentyps sein, die durch Hydraulikdruck miteinander reibverbunden sind.
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Die erste Bremse BK1 ist derart angeordnet, dass sie die fünfte Drehwelle TM5 und das Getriebegehäuse H wahlweise miteinander verbindet, und die zweite Bremse BK2 ist derart angeordnet, dass sie die vierte Drehwelle TM4 und das Getriebegehäuse H wahlweise miteinander verbindet.
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Die Kupplung CL verbindet drei Drehelemente des dritten Planetengetriebesatzes PG3 über zwei Drehwellen der drei mit den drei Drehelementen des dritten Planetengetriebesatzes PG3 verbundenen Drehwellen TM2, TM5 und TM6 miteinander, um zu ermöglichen, dass der dritte Planetengetriebesatz PG3 direkt gekuppelt werden kann, und wie in 1 gezeigt, ist die Kupplung CL zwischen der zweiten Drehwelle TM2 und der fünften Drehwelle TM5 angeordnet.
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Wie in 1 gezeigt, ist der Verbrennungsmotor ENG an einer Vorderseite des ersten Planetengetriebesatzes PG1 angeordnet, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und der Verbrennungsmotor ENG kann an einer Rückseite des dritten Planetengetriebesatzes PG3 angeordnet sein.
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Mit Bezug auf die Betriebstabelle in 2 werden nachfolgend die Betriebszustände der Reibelemente für jeden Betriebsmodus des Leistungsübertragungssystems gemäß der Erfindung beschrieben.
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Im 1. EV-Modus wirkt die erste Bremse BK, und im 2. EV-Modus wirkt die Kupplung CL.
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Im 1. HEV-Modus wirkt die erste Bremse BK1, im 2. HEV-Modus wirkt die Kupplung CL, und im 3. HEV-Modus wirkt die zweite Bremse BK2.
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Im 1. ENG-Modus wirken die erste und die zweite Bremse BK1 und BK2, und im 2. ENG-Modus wirken die zweite Bremse BK2 und die Kupplung CL.
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Wie oben beschrieben, kann das Leistungsübertragungssystem gemäß der Erfindung zwei EV-Modi, drei HEV-Modi und zwei ENG-Modi realisieren.
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Nachfolgend wird der Betrieb für jeden Modus beschrieben.
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[1. EV-Modus]
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Der EV-Modus ist ein Modus, der durch Zuführen von Energie einer Batterie zu dem Motor/Generator das Fahrzeug mit der Leistung von dem Motor/Generator antreibt, während der Verbrennungsmotor gestoppt ist.
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Der EV-Modus übt einen großen Einfluss auf die Verbesserung der Kraftstoffeffizienz aus, da der Verbrennungsmotor stoppt, hat den Vorteil, dass das Fahrzeug ohne eine zusätzliche Rückwärtsvorrichtung rückwärts angetrieben werden kann, arbeitet beim Starten und bei Niedriggeschwindigkeitsfahrt nach dem Stoppen, und fordert ein Untersetzungsverhältnis an, bei dem eine Antriebsquelle schneller als ein Abtriebselement dreht, um ein Wegrutschen zu verhindern oder eine schnelle Beschleunigung an einer Steigung zu erzielen.
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Unter dieser Bedingung wird im 1. EV-Modus der zweite Motor/Generator MG2 betrieben, während die fünfte Drehwelle TM5 durch Betreiben der ersten Bremse BK1 als Fixierungselement wirkt, und infolgedessen wird ein Verzögerungsabtrieb entsprechend einem Übersetzungsverhältnis des dritten Planetengetriebesatzes PG3 durchgeführt, während ein Antrieb an der sechsten Drehwelle TM6 durchgeführt wird.
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[2. EV-Modus]
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Der Motor/Generator hat die Eigenschaft, dass die Effizienz von einer Drehzahl und dem Drehmoment abhängig ist, was bedeutet, dass ein Verhältnis, in dem die elektrische Energie in mechanische Energie der Drehung und des Drehmoments umgewandelt wird, variiert, selbst wenn derselbe Strom zugeführt wird.
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Das heißt, der Strom von der Batterie, der in dem EV-Modus verwendet wird, ist Energie, die durch Verbrennung von Kraftstoff in dem Verbrennungsmotor oder regeneratives Bremsen akkumuliert wird, und eine effiziente Nutzung der akkumulierten Energie unabhängig von einem Erzeugungspfad ist direkt mit einer Verbesserung der Kraftstoffeffizienz verbunden.
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Aus diesem Grunde gab es in den letzten Jahren die Tendenz, dass ein Getriebe mit zwei oder mehr Stufen auch in einem Elektrofahrzeug montiert wird, und da es vorteilhaft ist, zwei oder mehr Getriebestufen auch in einem Hybrid-Elektrofahrzeug vorzusehen, wird gemäß der Erfindung ein 2. EV-Modus geschaffen.
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Beim Übertragungsvorgang vom 1. EV-Modus in den 2. EV-Modus wird, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht, der Betrieb der ersten Bremse BK1 in einem Punkt, in dem die Effizienz des zweiten Motor/Generators MG2 gering ist, freigegeben, und die Kupplung CL wird betrieben.
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Da die Kupplung CL, die ein Direktkupplungsmittel des dritten Planetengetriebesatzes PG3 ist, betrieben wird, ist der dritte Planetengetriebesatz PG3 in einem Direktkupplungszustand, und infolgedessen wird, während sich jede der Drehwellen TM2, TM5 und TM6 mit derselben Drehzahl drehen, der Antrieb genauso abgegeben.
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[1. HEV-Modus]
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Im 1. HEV-Modus wird die Leistung von dem Verbrennungsmotor ENG über einen mechanischen Pfad und einen elektrischen Pfad an das Abtriebselement übertragen, die Leistung wird von dem ersten Planetengetriebesatz PG1 verteilt, und da der Verbrennungsmotor ENG und der erste Motor/Generator MG1, die mit dem Planetengetriebesatz PG1 verbunden sind, die Drehzahl unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit beliebig steuern können, dienen der Verbrennungsmotor ENG und der erste Motor/Generator MG1 als ein elektronisch stufenloses Getriebe.
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Dementsprechend kann, während bei dem vorhandenen Getriebe die Drehzahl und das Drehmoment des Verbrennungsmotors in Bezug auf eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt ist, das elektronisch stufenlose Getriebe die Drehzahl und das Drehmoment des Verbrennungsmotors beliebig ändern, so dass die Antriebseffizienz des Verbrennungsmotors maximiert werden kann und eine Verbesserung der Kraftstoffeffizienz erreicht werden kann.
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Im 1. HEV-Modus wird die zweite Drehwelle TM2 mit der Abtriebswelle OS in Verbindung gehalten, und die übrige erste und dritte Drehwelle TM1 und TM3 sind in dem ersten Planetengetriebesatz PG1 drehbar.
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Daher können, nachdem der Verbrennungsmotor ENG mittels des ersten Motor/Generators MG1 startet, die Drehzahlen des Verbrennungsmotors ENG und des ersten Motor/Generators MG1 unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert werden.
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Ferner wird, da das Drehmoment des ersten Motor/Generators MG1 unabhängig von der Drehrichtung im Uhrzeigersinn ausgeübt wird, die Summe der Drehmomente des Verbrennungsmotors ENG und des ersten Motor/Generators MG1 an die Abtriebswelle OS übertragen, um eine hohe Antriebsleistung zu erzeugen.
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Außerdem dient, wenn der erste Motor/Generator MG1 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn dreht, der erste Motor/Generator MG1 als Generator, und wenn der zweite Motor/Generator MG2 im Uhrzeigersinn dreht (natürlich in dem Falle, in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors ENG niedriger als zuvor ist), dient der zweite Motor/Generator MG2 als Motor.
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Da im 1. HEV-Modus (Antriebsverzweigung) der Verbrennungsmotor ENG und der erste Motor/Generator MG1 nach Bedarf stufenlos gesteuert werden können, kann der 1. HEV-Modus eine sehr hervorragende Funktion in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz und das Leistungsvermögen bieten.
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[2. HEV-Modus]
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Gemäß der Erfindung kann der Antriebsverzweigungsmodus in zwei Typen eingeteilt werden, ein Verhältnis der Drehzahl des Verbrennungsmotors und des Motor/Generators zu der Fahrzeuggeschwindigkeit kann insgesamt durch Änderung eines Übersetzungsverhältnisses des zweiten Planetengetriebesatzes PG2 in zwei Typen eingeteilt werden, und ein Drehzahlniveau für jedes Drehelement fällt insgesamt ab, um zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz beizutragen.
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Im 2. HEV-Modus wird die zweite Drehwelle TM2 des ersten Planetengetriebesatzes PG1 mit der Abtriebswelle OS in Verbindung gehalten, und die übrige erste und dritte Drehwelle TM1 und TM3 sind drehbar.
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Daher können, wenn der Verbrennungsmotor ENG und der erste Motor/Generator MG1 gesteuert werden, die Drehzahlen des Verbrennungsmotors ENG und des ersten Motor/Generators MG1 unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit stufenlos gesteuert werden.
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Außerdem dient, wenn der erste Motor/Generator MG1 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn dreht, der erste Motor/Generator MG1 als Generator, und wenn der erste Motor/Generator MG1 im Uhrzeigersinn dreht (natürlich in dem Falle, in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors ENG niedriger als zuvor ist), dient der erste Motor/Generator MG1 als Motor.
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Da im 2. HEV-Modus der Verbrennungsmotor ENG und der erste Motor/Generator MG1 nach Bedarf stufenlos gesteuert werden können, kann der 2. HEV-Modus eine sehr hervorragende Funktion in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz und das Leistungsvermögen bieten.
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[3. HEV-Modus]
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In einem Hybrid-Antriebsverzweigungsmodus wird die Drehzahl des mit dem Abtriebselement verbundenen Motor/Generators auf der Fahrzeuggeschwindigkeit gehalten, und infolgedessen ist es schwierig, den Motor/Generator effizient zu betreiben und die Kapazität des Motor/Generators zu verringern.
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Insbesondere wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist und somit die mit der Fahrzeuggeschwindigkeit verbundene Drehzahl des Motor/Generators hoch ist, die Effizienz des Motor/Generators verschlechtert, und infolgedessen kann keine optimale Kraftstoffeffizienz erzielt werden.
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Unter dieser Bedingung wird, wenn der erste Planetengetriebesatz PG1, der mit dem Verbrennungsmotor ENG verbunden ist, und zwei verschiedene Elemente des dritten Planetengetriebesatzes PG3, die mit einem Abtriebsrad OG verbunden sind, miteinander verbunden sind, um die Drehzahlen des Verbrennungsmotors ENG und der beiden Motor/Generatoren MG1 und MG2 unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit zu steuern, eine Funktion des stufenlosen Getriebes noch einmal betrieben, um eine Verbesserung der Kraftstoffeffizienz zu erreichen.
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Infolgedessen werden, wenn die zweite Bremse BK2 betrieben wird, die Drehzahl und das Drehmoment des zweiten Motor/Generators MG2 durch die Drehzahl und das Drehmoment des Verbrennungsmotors ENG über die fünfte Drehwelle TM5 gehalten, und da der erste Planetengetriebesatz PG1 und der dritte Planetengetriebesatz PG3 über die zweite Drehwelle TM2 miteinander verbunden sind, werden die Drehzahlen und die Drehmomente zusammengehalten.
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Außerdem müssen der erste und der zweite Motor/Generator MG1 und MG2 einen Elektroenergieausgleich zueinander haben, und während alle Drehelemente des ersten und des zweiten Planetengetriebesatzes PG1 und PG2 bezüglich der Drehzahl und des Drehmoments miteinander korrelieren, wird die Funktion des elektronisch stufenlosen Getriebes durchgeführt.
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[1. ENG-Modus]
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Eine Kerntechnologie für die Verbesserung der Kraftstoffeffizienz des Hybrid-Elektrofahrzeuges können die Rückgewinnung und Wiederverwendung von regenerativer Energie und die beliebige Steuerung eines Betriebspunktes des Verbrennungsmotors sein.
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Außerdem wird die Steuerung des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors von zwei Energieumwandlungsprozessen begleitet, wobei in dem einen Prozess die mechanische Energie von dem Verbrennungsmotor in elektrische Energie in dem Motor/Generator umgewandelt wird, und in dem anderen Prozess die elektrische Energie in dem Motor/Generator wieder in mechanische Energie von dem Motor/Generator umgewandelt wird.
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Während der Energieumwandlung wird die gesamte Energie nicht abgegeben, und der Verlust wird in der Mitte der Umwandlung und unter einer vorbestimmten Antriebsbedingung erzeugt, und in dem ENG-Modus, in dem das Fahrzeug nur durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird, kann die Kraftstoffeffizienz hervorragender als in dem HEV-Modus sein.
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Das heißt, im 1. ENG-Modus wird, wenn die zweite Bremse BK2 und die erste Bremse BK1 miteinander gekuppelt sind, die erste Drehwelle TM1 stoppt, der dritte Planetenradträger PC3 des dritten Planetengetriebesatzes PG3 über die zweite Drehwelle TM2 entsprechend der Drehzahl des Verbrennungsmotors ENG im Uhrzeigersinn gedreht wird, und das dritte Hohlrad R3 stoppt, die Verzögerungsübertragung durchgeführt.
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In diesem Falle wird, da die Leistung des ersten und des zweiten Motor/Generators MG1 und MG2 nicht benötigt wird, der ENG-Modus gebildet, in dem das Fahrzeug nur durch die Leistung des Verbrennungsmotors angetrieben wird.
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[2. ENG-Modus]
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Im 2. ENG-Modus, wenn die Kupplung CL und die zweite Bremse BK2 miteinander gekuppelt sind, drehen sich alle Drehelemente TM2, TM5 und TM6 des dritten Planetengetriebesatzes PG3 ganzheitlich, die fünfte Drehwelle TM5, die das dritte Hohlrad R3 und den zweiten Planetenradträger PC2 miteinander verbindet, dreht sich mit einer Drehzahl, welche dieselbe wie eine Abtriebsdrehzahl ist, und die erste Drehwelle TM1 wird derart beschleunigt, dass sie sich entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des zweiten Planetengetriebesatzes PG2 dreht.
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Ferner dreht sich die dritte Drehwelle TM3, die mit dem Verbrennungsmotor ENG verbunden ist, mit einer niedrigeren Drehzahl als die zweite Drehwelle TM2, und infolgedessen wird ein Beschleunigungsübertragungsverhältnis gebildet.
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In diesem Falle wird, da die Leistung des ersten und des zweiten Motor/Generators MG1 und MG2 nicht benötigt wird, der ENG-Modus gebildet, in dem das Fahrzeug nur durch die Leistung des Verbrennungsmotors angetrieben wird.
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Wie oben beschrieben, können gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in einer Gesamtkonfiguration zwei EV-Modi, drei HEV-Modi und zwei ENG-Modi in einer Kombination von drei Planetengetriebesätzen PG1, PG2 und PG3, drei Reibelementen BK1, BK2 und CL und zwei Motor/Generatoren MG1 und MG2 realisiert werden.
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Ferner wird bei der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Leistung von dem Verbrennungsmotor ENG an das erste Hohlrad R1 des ersten Planetengetriebesatzes PG1 eingegeben, und die Leistung von dem ersten Motor/Generator MG1 wird an das erste Sonnenrad S1 eingegeben, und infolgedessen wird ein Drehmoment, das größer als das Drehmoment des Verbrennungsmotors ENG ist, an die Abtriebswelle OS übertragen, um die Belastung eines mechanischen Leistungsübertragungspfades zu erhöhen und eine größere Verbrennungsmotorleistung für dieselbe Spezifikation des ersten Motor/Generators MG1 zu nutzen.
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Ferner wird bei der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, da das größere Drehmoment als das Drehmoment des Verbrennungsmotors an die Abtriebswelle übertragen werden kann, ein hochdrehender Antrieb mit hoher Verbrennungsmotorleistung bei derselben Fahrzeuggeschwindigkeit beim WOT-Starten ermöglicht, und eine größere Beschleunigungskraft kann erreicht werden.
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Außerdem muss bei der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, da die größere Beschleunigungskraft in dem HEV-Modus als in dem ENG-Modus erreicht werden kann, der HEV-Modus beim Starten nicht in den ENG-Modus umgewandelt werden, und infolgedessen kann ein relativ einfacheres System konfiguriert werden, und die Reibelemente können in Abhängigkeit von der Modusreduzierung verringert werden, wodurch die Effizienz weiter erhöht wird.
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Das Fahrzeug kann durch Bereitstellen des ENG-Modus bei Hochgeschwindigkeitsfahrt ohne elektrische Belastung des ersten und des zweiten Motor/Generators MG1 und MG2 angetrieben werden, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
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Mit Bezug auf 3 ist bei einem Leistungsübertragungssystem gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform, bei der die Kupplung CL, die das Direktkupplungsmittel des dritten Planetengetriebesatzes PG3 ist, zwischen der zweiten Drehwelle TM2 und der fünften Drehwelle TM5 angeordnet ist, die Kupplung CL, die das Direktkupplungsmittel des dritten Planetengetriebesatzes PG3 ist, zwischen dem fünften Drehelement TM5 und dem sechsten Drehelement TM6 angeordnet.
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Da die Wirkungsweise der zweiten beispielhaften Ausführungsform mit Ausnahme der Anordnungsposition der Kupplung CL dieselbe wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist, wird deren ausführliche Beschreibung weggelassen.
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Mit Bezug auf 4 ist bei einem Leistungsübertragungssystem gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform, bei der die Kupplung CL, die das Direktkupplungsmittel des dritten Planetengetriebesatzes PG3 ist, zwischen der zweiten Drehwelle TM2 und der fünften Drehwelle TM5 angeordnet ist, die Kupplung CL, die das Direktkupplungsmittel des dritten Planetengetriebesatzes PG3 ist, zwischen dem zweiten Drehelement TM2 und dem sechsten Drehelement TM6 angeordnet.
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Da die Wirkungsweise der dritten beispielhaften Ausführungsform mit Ausnahme der Anordnungsposition der Kupplung CL dieselbe wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist, wird deren ausführliche Beschreibung weggelassen.
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Mit Bezug auf 5 ist bei einem Leistungsübertragungssystem gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform, bei welcher der erste Planetengetriebesatz PG1 ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern ist, der erste Planetengetriebesatz PG1 ein Planetengetriebesatz mit Doppelplanetenrädern.
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Infolgedessen ist die auf den ersten Planetengetriebesatz PG1 bezogene erste Drehwelle TM1 derart konfiguriert, dass sie das erste Sonnenrad S1 mit dem zweiten Hohlrad R2 verbindet, die zweite Drehwelle TM2 ist derart konfiguriert, dass sie das erste Hohlrad R1 mit dem dritten Planetenradträger PC3 verbindet, und die dritte Drehwelle TM3 ist derart konfiguriert, dass sie mit dem ersten Planetenradträger PC1 verbunden ist.
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Da die Wirkungsweise der vierten beispielhaften Ausführungsform mit Ausnahme der Konfigurationen der zweiten und der dritten Drehwelle TM2 und TM3 dieselbe wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist, wird deren ausführliche Beschreibung weggelassen.
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Mit Bezug auf 6 ist bei einem Leistungsübertragungssystem gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der Erfindung im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform, bei welcher der zweite Planetengetriebesatz PG2 ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern ist, der zweite Planetengetriebesatz PG2 ein Planetengetriebesatz mit Doppelplanetenrädern.
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Infolgedessen ist die auf den zweiten Planetengetriebesatz PG2 bezogene erste Drehwelle TM1 derart konfiguriert, dass sie das erste Sonnenrad S1 mit dem zweiten Planetenradträger PC2 verbindet, die vierte Drehwelle TM4 ist derart konfiguriert, dass sie mit dem zweiten Sonnenrad S2 verbunden ist, und die fünfte Drehwelle TM5 ist derart konfiguriert, dass sie das zweite Hohlrad R2 mit dem dritten Hohlrad R3 verbindet.
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Da die Wirkungsweise der fünften beispielhaften Ausführungsform mit Ausnahme der Konfigurationen der ersten und der fünften Drehwelle TM1 und TM5 dieselbe wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist, wird deren ausführliche Beschreibung weggelassen.
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Mit Bezug auf 7 ist bei einem Leistungsübertragungssystem gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform, bei welcher der dritte Planetengetriebesatz PG3 ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern ist, der dritte Planetengetriebesatz PG3 ein Planetengetriebesatz mit Doppelplanetenrädern.
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Infolgedessen ist die auf den dritten Planetengetriebesatz PG3 bezogene zweite Drehwelle TM2 derart konfiguriert, dass sie den ersten Planetenradträger PC1 mit dem dritten Hohlrad R3 verbindet, die fünfte Drehwelle TM5 ist derart konfiguriert, dass sie den zweiten Planetenradträger PC2 mit dem dritten Planetenradträger PC3 verbindet, und die sechste Drehwelle TM6 ist derart konfiguriert, dass sie mit dem dritten Sonnenrad S3 verbunden ist.
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Da die Wirkungsweise der sechsten beispielhaften Ausführungsform mit Ausnahme der Konfigurationen der zweiten und der fünften Drehwelle TM2 und TM5 dieselbe wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist, wird deren ausführliche Beschreibung weggelassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2014-0105268 [0001]
